為何我們生病時(shí)想睡覺？科學(xué)家在果蠅的腦子中找到了答案
上圖中間為Michael Young，Young左側(cè)為Amita Sehgal，圖片來(lái)自Sehgal實(shí)驗(yàn)室網(wǎng)站
撰文 | 張 濤
責(zé)編 | 葉水送
● ● ●
睡眠對(duì)每個(gè)人不可或缺，人的一生大約有1/3的時(shí)間用來(lái)睡覺。睡眠還受節(jié)律調(diào)控，即便前天晚上熬夜了，第二天還常常能夠“準(zhǔn)點(diǎn)”醒來(lái)。此外，睡眠本身還存在一個(gè)“平衡系統(tǒng)”：缺覺后會(huì)犯困，需要補(bǔ)覺；“睡眠槽”充滿后，又能多熬點(diǎn)夜。感冒發(fā)燒時(shí)，我們也容易犯困。
早在50年前，研究者把三天不睡覺的山羊大腦分泌液轉(zhuǎn)移到貓的大腦里，發(fā)現(xiàn)它會(huì)導(dǎo)致貓也昏昏欲睡。這提示睡眠的“平衡系統(tǒng)”和大腦中分泌的因子有關(guān)，但具體到何種分泌因子起到了“睡眠驅(qū)動(dòng)”的作用，我們知道的仍不夠多。
最近，賓夕法尼亞大學(xué)Amita Sehgal實(shí)驗(yàn)室在Science上發(fā)文稱，他們?cè)诠壣习l(fā)現(xiàn)了睡眠剝奪和生病時(shí)容易犯困的原因，他們找到了一個(gè)和免疫有關(guān)的因子，這個(gè)因子能夠調(diào)控睡眠。
Sehgal是2017年因節(jié)律研究獲得諾獎(jiǎng)的Michael W. Young的學(xué)生，長(zhǎng)期進(jìn)行睡眠、節(jié)律的研究。在2018年的一個(gè)研究中，她們發(fā)現(xiàn)隔開大腦和外周組織的血腦屏障的通透性受到節(jié)律調(diào)控，果蠅血腦屏障夜晚通透性更強(qiáng)，因此夜間用藥可以提高腦部疾病的治療效果。
正在睡覺的蜜蜂，圖片來(lái)自 wikipedia.org
相對(duì)于其他模式生物，果蠅更容易進(jìn)行遺傳篩選。果蠅在夜晚睡覺，白天也會(huì)進(jìn)行午休。只要在一定的時(shí)間內(nèi)靜止不動(dòng)，我們就可以認(rèn)為它睡著了。研究者將8015個(gè)基因，分別表達(dá)在果蠅的神經(jīng)細(xì)胞中，并分析它們對(duì)果蠅睡眠的影響，最終找到了一個(gè)叫作nemuri(nur) 的基因，它在雄性和雌性中，都能造成睡眠時(shí)間顯著的增加。
除了增加睡眠時(shí)間，nur 基因還會(huì)使果蠅睡得更沉，不容易叫醒（機(jī)械晃動(dòng)和光照），醒了之后也會(huì)“倒頭就睡”。而如果把 nur 從腦內(nèi)去除，果蠅就會(huì)睡得很淺，被叫醒之后也不容易再次入睡。如果對(duì)果蠅進(jìn)行睡眠剝奪（持續(xù)機(jī)械晃動(dòng)），nur 的缺失會(huì)導(dǎo)致果蠅不能及時(shí)“補(bǔ)覺”。這些結(jié)果說(shuō)明 nur 是一個(gè)睡眠的驅(qū)動(dòng)因子。
NUR是如何影響果蠅的睡眠？正常情況下，NUR在大腦中很少產(chǎn)生，而當(dāng)進(jìn)行睡眠剝奪時(shí)，這2個(gè)細(xì)胞就會(huì)表達(dá)NUR蛋白，并將其分泌至果蠅的睡眠調(diào)控中心。
果蠅的NUR可抗細(xì)菌感染，同時(shí)增加困意，圖片來(lái)自sciencemag.org
有趣的是，研究者發(fā)現(xiàn)NUR本身是一個(gè)抗菌肽（AMP，可理解為體內(nèi)產(chǎn)生的抗生素），可殺死病毒、細(xì)菌，促進(jìn)果蠅的存活。當(dāng)果蠅受到病菌侵犯時(shí)，類似于睡眠剝奪，腦內(nèi)的NUR也會(huì)增多，困意增加。這一結(jié)果便說(shuō)明了果蠅受到感染時(shí)容易犯困的原因。
睡眠對(duì)身體有保護(hù)和修復(fù)的作用，之前的研究發(fā)現(xiàn)，被病菌入侵時(shí)，睡眠可促進(jìn)小鼠以及果蠅的存活，這一研究為該現(xiàn)象提供了直接的證據(jù)。
人體中是否也存在類似促進(jìn)睡眠的抗菌肽？在果蠅中，病菌感染如何導(dǎo)致腦內(nèi)NUR增加？這些后續(xù)的問(wèn)題和研究，可為回答免疫系統(tǒng)和睡眠之間的關(guān)系提供更多的啟示。
參考資料
1. Toda et al., A sleep-inducing gene, nemuri, linkssleep and immune function in Drosophila, Science,2019
2. PappenheimerJR et al., Sleep-promoting effectsof cerebrospinal fluid from sleep-deprived goats, PNAS, 1967
3. https://www.med.upenn.edu/sehgallab/
制版編輯 | 皮皮魚
作為一個(gè)文科生，很慶幸自己關(guān)注了這個(gè)網(wǎng)站。